淺析利用反滲透膜再生高溫燙洗水工藝

謝慈俊，吳 蜀，何則濟，黃祥忠，劉光怡

(1. 廣州尚水環(huán)保節(jié)能科技有限公司，廣東 廣州 510000；2. 福建省南平鋁業(yè)有限公司，福建 南平 353000)

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淺析利用反滲透膜再生高溫燙洗水工藝

謝慈俊1，吳 蜀1，何則濟2，黃祥忠2，劉光怡2

(1. 廣州尚水環(huán)保節(jié)能科技有限公司，廣東 廣州 510000；2. 福建省南平鋁業(yè)有限公司，福建 南平 353000)

文章介紹了采用高溫反滲透工藝不降低水溫，直接對高溫水洗水進行再生處理以保持水洗用純水水質(zhì)的工藝；指出該工藝可顯著節(jié)約燙洗、熱水洗環(huán)節(jié)的能耗和純水消耗，提高工件表面清洗質(zhì)量，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

鋁加工；高溫反滲透；燙洗；熱水洗；節(jié)能減排；清潔生產(chǎn)

1 工藝介紹

燙洗和熱水洗是金屬表面處理工藝中重要的環(huán)節(jié)。用70～80℃的純水進行燙洗或50～60℃的純水進行熱水洗是保證表面處理質(zhì)量的重要措施。金屬表面通過水洗可防止反應(yīng)液交叉污染而影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低表面處理用藥及水的消耗量或廢水的產(chǎn)生量。同時，水洗可以防止處理溶液和溶劑殘留在產(chǎn)品表面影響產(chǎn)品性能和價值。熱水洗促進了水分子和化學(xué)藥品分子的運動，從而提高了化學(xué)藥品的擴散速度，達到強化水洗效果的目的。為了保證燙洗或熱水洗的效果，燙洗槽或熱水槽內(nèi)的水質(zhì)、電阻率、pH值、固體份、助溶劑均要控制在規(guī)定參數(shù)范圍內(nèi)。由于水洗是輔助環(huán)節(jié)，尤其是燙洗或熱水洗，其重要性往往被忽視。經(jīng)測算，燙洗槽的能耗可占到氧化電泳線熱能損耗的80%以上，是除烘干外最大的能耗環(huán)節(jié)。為了降低燙洗槽或熱水槽能耗，我們開發(fā)出了燙洗槽或熱水洗槽水洗水不降溫直接再生利用工藝，取得了較好的節(jié)能、節(jié)水效果，同時也提高了燙洗或熱水洗的工藝質(zhì)量。

2 工藝分析

某鋁業(yè)公司臥式氧化電泳生產(chǎn)線的燙洗采用80℃的純水浸洗工藝，燙洗槽采用常流水方式補水并保證水洗槽水質(zhì)。由于燙洗槽溫度高，同時要保證水質(zhì)要求，經(jīng)測算，電泳生產(chǎn)時，其能耗占整條生產(chǎn)線熱能損耗的80%以上(烘干工藝除外)。尤其在冬季滿負荷生產(chǎn)時燙洗槽能耗更大，成為鍋爐的主要供熱對象。燙洗槽的熱負荷主要是溢流水、工件進出槽體帶出液的熱損失，工件和槽體表面蒸發(fā)散熱、輻射散熱和對流散熱，工件升溫?zé)釗p失和槽體傳熱損失。其中純水補水和溢流產(chǎn)生的熱損失占到50%以上，這主要是由于為了保證燙洗槽水質(zhì)，補充的純水需要從常溫升至工作溫度，而相應(yīng)的溢流水又帶走大量熱量。要保持燙洗槽水洗水水質(zhì)，又要降低燙洗槽能耗，必須改變現(xiàn)有的水洗水處理工藝，最好直接對燙洗槽水洗水進行處理以保持其水質(zhì)，既不大量外排以防止帶出熱量，也不降低溫度進行處理以減少升降溫?zé)釗p失。

為了滿足上述要求，我們對比了吸附法、電化學(xué)法等多種工藝，最終選擇了高溫反滲透工藝直接對燙洗槽水洗水進行處理和回用。吸附法可通過選擇特定的吸附劑去除燙洗槽內(nèi)水洗水所含離子，但在高溫下，吸附劑的吸附性能大幅降低。采用離子交換樹脂時，受制于樹脂的耐溫性能，同時離子交換器升溫保溫也消耗較多熱量。由于水洗水中離子濃度相對較低，電導(dǎo)率低，采用電化學(xué)氧化還原水洗水中離子的效率極低，能耗很大，在電極的選用等方面也面臨較多困難。相應(yīng)的電滲析(ED)、連續(xù)電去離子(EDI)等工藝由于材料和效率的原因也無在高溫下應(yīng)用可行性。

利用反滲透膜從水中去除、分離或者濃縮離子是現(xiàn)代的一大技術(shù)革命，已在水處理領(lǐng)域得到廣泛和成熟的應(yīng)用。常規(guī)的反滲透膜有醋酸纖維素膜(CA)和聚酰胺(PA)復(fù)合膜系列(TFC)兩種商業(yè)化膜產(chǎn)品。這兩種膜產(chǎn)品均為有機膜，其最優(yōu)的運行溫度為12.7～29.4℃。醋酸纖維素膜最高適用溫度為30℃，聚酰胺復(fù)合膜最高適用溫度為50℃，超過最高溫度將引起膜元件的失效和損壞。但在食品、制藥行業(yè)已有成熟的耐高溫反滲透膜元件應(yīng)用，其材質(zhì)針對高溫應(yīng)用進行了優(yōu)化，最高運行溫度可達80℃，恰好可以滿足燙洗水洗水處理溫度要求。通過運營工況和水質(zhì)分析，并深入研討耐高溫膜元件性能，確定耐高溫反滲透膜可以應(yīng)用在燙洗水洗水的高溫再生處理，使采用高溫反滲透工藝具備了可行性。

為了實際應(yīng)用高溫反滲透工藝，必須解決兩個關(guān)鍵問題，一是保證運行條件滿足耐高溫反滲透膜元件的要求，以保證系統(tǒng)持續(xù)可靠運行，保證膜元件的使用壽命滿足要求；二是盡可能提高水洗水回收率，減少棄水以降低熱能浪費。解決第一個問題，需正確處理好膜元件進水壓力和進水溫度的關(guān)系，確保膜元件在任何運行情況下的工況條件不得超過2000瓦格納單位；尤其要控制好進水壓力，防止出現(xiàn)壓密現(xiàn)象；為了保證膜元件的運行條件，反滲透膜系統(tǒng)配置了溫度、壓力控制系統(tǒng)，并采用程序控制儀表防止溫度、壓力的驟升驟降，確保膜元件運行在最優(yōu)的工況條件下。為了解決第二個問題，本項目經(jīng)反復(fù)設(shè)計計算，采用濃水二級濃縮工藝，在保證膜元件進水、濃水流量滿足要求的前提下，實現(xiàn)10倍以上的濃縮率，即將燙洗槽內(nèi)污染物濃縮10倍以上后排放，從而將棄水量降低至原棄水量的5%～10%；由于棄水減少，燙洗槽補水大幅降低，只需補充工件帶出量和反滲透系統(tǒng)少量的棄水量，因此可大幅降低燙洗槽熱能損耗。

3 運行效果和效益分析

本項目燙洗水洗水高溫直接再生處理系統(tǒng)自投運1年多以來，穩(wěn)定運行在70～80℃的水處理溫度下，燙洗槽水洗水電導(dǎo)率保持在40μm/cm以下，pH控制在6～8之間，較好滿足生產(chǎn)需要。由于采用水洗水高溫下直接再生利用，可大幅減少加熱功率，按照燃氣鍋爐天然氣價格4.2元/m3計算，單線年節(jié)約經(jīng)費50萬元以上，經(jīng)濟效益明顯。

[1] 姚宏輝, 張昭強, 神取享司.鋁陽極氧化、電泳的水洗技術(shù)[J]. 材料保護，2007.

[2] 王紹文, 楊景玲, 賈勃. 冶金工業(yè)節(jié)能與余熱利用技術(shù)指南[M]，冶金工業(yè)出版社，2010.

[3] 羅蘇, 吳錫坤. 鋁型材加工實用技術(shù)手冊[M]. 中南大學(xué)出版社，2006.

本刊啟事

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本刊編輯部

Study of Treating High Temperature Wash Water with Reverse Osmosis Membrane

XIE Cijun1, WU Shu1, HE Zeji2, HUANG Xiangzhong2, LIU Guangyi2

(1.Guangzhou Shangshui Energy Saving Technology Co., Ltd., Guangzhou 510000, China; 2. Fujian Nanping Aluminium Co., Ltd., Nanping 353000, China)

The paper presented the water treatment by high temperature reverse osmosis, which can directly reclaim high temperature wash water and ensure water quality for washing without lowering hot water temperature; it pointed out that the process can significantly save the energy consumption in hot wash and warm wash as well as water consumption, improve surface cleaning quality of the washed parts so as to realize cleaner production.

aluminum processing; high temperature reverse osmosis; hot wash; warm wash; energy conversation and emission reduction; cleaner production

2015-01-22

X703

B

1671-6795(2015)06-0062-02